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揭開 Socket 程式設計的面紗：從 TCP/IP 到實作範例

編輯：關於C#

前言：網路程式設計的基石

TCP/IP、UDP、Socket 這幾個詞彙幾乎是每位後端開發者的必修課。隨著雲端與微服務普及，理解它們的運作機制比以往更重要。本文將由淺入深，釐清概念、關係，並提供完整的 C# 範例代碼。

一、TCP/IP 與 UDP 是什麼？

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）是一套工業標準協定族，專為廣域網（WAN）設計，提供可靠、有序、錯誤檢查的位元組串流傳輸。
UDP（User Datagram Protocol）同屬 TCP/IP 協定族，但提供無連線、不可靠的資料報傳輸，適合即時性要求高、容忍丟包的場景（如影音串流、遊戲）。

TCP/IP 協定族分層

圖 1：TCP/IP 協定族包含應用層、傳輸層、網路層、連結層

二、Socket 在哪裡？

Socket 並非協定，而是應用層與 TCP/IP 協定堆疊之間的抽象介面。它隱藏了協定族的複雜細節，讓開發者只需呼叫 socket()、bind()、listen()、accept()、connect()、send()/recv() 等少數 API 即可進行網路通訊。

Socket 位置示意

圖 2：Socket 位於應用層與傳輸層之間，屬於門面模式

三、Socket 通訊流程（以 TCP 為例）

伺服端：socket() → bind() → listen() → accept()（阻塞等待連線）
客戶端：socket() → connect()（主動連線）
連線建立後，雙方透過 send()/recv() 收發資料
通訊結束，雙方 closesocket()

TCP 連線流程

圖 3：電話撥號類比 — 撥號、接聽、通話、掛斷

四、完整 C# 範例（MFC 風格，易移植至 .NET）

伺服端核心代碼

#define DEFAULT_PORT 2000
void CServerDlg::OnStart()
{
    sockaddr_in local = { AF_INET, htons(DEFAULT_PORT), INADDR_ANY };
    m_Listening = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    bind(m_Listening, (LPSOCKADDR)&local, sizeof(local));
    listen(m_Listening, 40);
    m_hListenThread = CreateThread(NULL, 0, ListenThread, this, 0, &dwThreadID);
}

DWORD WINAPI CServerDlg::ListenThread(LPVOID lpParam)
{
    CServerDlg* pDlg = (CServerDlg*)lpParam;
    SOCKET Listening = pDlg->m_Listening;
    char szBuf[100];
    while (true) {
        SOCKET ConnectSocket = accept(Listening, (sockaddr*)&ClientAddr, &nLen);
        pDlg->Receive(ConnectSocket, szBuf, 100);
        pDlg->SetRequestText(szBuf);
        strcat(szBuf, " :我是伺服器，收到（");
        strcat(szBuf, inet_ntoa(ClientAddr.sin_addr));
        strcat(szBuf, "）");
        pDlg->Send(ConnectSocket, szBuf, 100);
    }
    return 0;
}

客戶端核心代碼

void CClientDlg::OnSend()
{
    sockaddr_in server = { AF_INET, htons(DEFAULT_PORT), inet_addr(szIP) };
    SOCKET socketTmp = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    connect(socketTmp, (LPSOCKADDR)&server, sizeof(server));
    Send(socketTmp, szText, 100);
    Receive(socketTmp, szText, 100);
    m_ReplyBtn.SetWindowText(szText);
    closesocket(socketTmp);
}

收發封裝函式（處理黏包/分包）

int Receive(SOCKET fd, char *buf, int len) {
    int cnt = len, rc;
    while (cnt > 0) {
        rc = recv(fd, buf, cnt, 0);
        if (rc == SOCKET_ERROR) return -1;
        if (rc == 0) return len - cnt;
        buf += rc; cnt -= rc;
    }
    return len;
}
int Send(SOCKET fd, char *buf, int len) {
    int cnt = len, rc;
    while (cnt > 0) {
        rc = send(fd, buf, cnt, 0);
        if (rc == SOCKET_ERROR) return -1;
        if (rc == 0) return len - cnt;
        buf += rc; cnt -= rc;
    }
    return len;
}